JP2004302914A - Mass flow controller equipped with sensor for primary side pressure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセス等で使用されるマスフローコントローラの技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
図12は、従来の典型的マスフローコントローラ100の一部を断面で示した正面図である(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
このマスフローコントローラ100は、ベース20、バルブ部30、バイパス部40及びサーマル流量センサ部(流量センサ部)50を有する。
ベース20には、流体通路22、24、一次側(図示せず。)に連結される上流側継手26、及び二次側(図示せず。)に連結される下流側継手28が設けられている。
バルブ部30は、バイパス部40及びサーマル流量センサ部50の下流側に設けられている。
バルブ部30は、弁頭と弁座を有する電磁弁又はピエゾバルブ(図示せず。)からなるものが多い。
【0004】
このようなマスフローコントローラ100において流量制御されるガスは、一次側から上流側継手26を介して供給され、バイパス部40で所定の割合で分かれて流過した後、下流側で再び合流し、下流側継手28を介して二次側へ出力されるようになっている。
従って、サーマル流量センサ部50に流過するガスの質量流量を検知すれば、ガス全体の質量流量を知ることができる。
そして、サーマル流量センサ部50における検知結果はバルブ部30にフィードバックされ、これによってバルブ部30が駆動されてマスフローコントローラ100が制御されるようになっている。
【0005】
サーマル流量センサ部50は、上流側と下流側に巻かれた感熱コイル(図示せず。)で構成されている。
上記構成のサーマル流量センサ部50では、感熱コイルに生じる熱移動による温度差を電気抵抗の変化とし、電気抵抗の変化によってブリッジ回路に不平衡電圧を生じさせ、これを検出することによって、所定の割合で分流されてバイパス部40を通過するガスの質量流量を検出するようになっている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−322129号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のマスフローコントローラでは、バルブ部が流量センサ部の二次側にあり、流量センサ部及びバイパス部の圧力は一次側圧力と連続的につながっている。従って、何らかの外的要因により一次側圧力が変化し、その圧力の変化が流量センサ部及びバイパス部の圧力に伝播して、流量センサ部に流れるガス流量に乱れが生じても、バルブ部は流量センサ部及びバイパス部の下流にあるのでそれを制御できないという問題を有する。
【0008】
例えば、一定流量を制御していて、外的要因により一次側圧力が上昇すれば、それに応じて流量センサ部に流れるガス流量は増加し、それを検知して流量センサ部の出力信号は増加する。バルブ部は一次側の圧力変動によって急激に増加した流量センサ部の出力信号を受け、一定流量を維持するため、ガス流量を絞り込むように動作する。しかし、ガス流体は圧縮性であるため、一次側圧力の上昇によって変化した流量センサ部及びバイパス部の圧力状態が平衡状態になるまでバルブ部の制御とは乖離してガスが流れ続けることになる。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流量センサ部とバイパス部の上流側にバルブ部を有し、
さらに前記バルブ部の上流側に圧力センサが設けられ、
前記圧力センサで検知された一次側圧力に基づいて前記バルブ部の流量制御に補正動作を加えることにより、一次側圧力の変動による流量制御の乱れを抑制するようにしたマスフローコントローラによって、前記の課題を解決した。
【0010】
【作用】
本発明では、圧力センサの検出値に応じて、バルブ部の流量制御に補正動作を加えることにより、一次側の圧力変動による流量制御の乱れを抑制することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明のマスフローコントローラ10の一部を断面で示す正面図である。
このマスフローコントローラ10は、ベース20、バルブ部30、バイパス部40及びサーマル流量センサ部(流量センサ部)50からなり、バルブ部30の上流側に圧力センサ110を設け、流量センサ部50で検知された流量のみならず、圧力センサ110で検知された一次側圧力にも基づいてバルブ部30の制御を行うことを特徴とする。
ベース20には、流体通路22、24、一次側(図示せず。)に連結される上流側継手26、及び二次側(図示せず。)に連結される下流側継手28が設けられている。
【0012】
流量制御されるガスは、一次側から上流側継手26を介して供給され、バイパス部40で所定の割合で分かれて流過した後、下流側で再び合流するようにされている。
上記構成のマスフローコントローラ10は、バルブ部30の上流側に設けられた圧力センサ110で一次側の圧力変動を検知し、流量センサ部50でバイパス部40を流過するガスの質量流量をそれぞれ検知し、これらの値に基づいてバルブ部30を駆動してガスの流量を制御する。
このような流量制御により、一次側の圧力変動による流量制御の乱れを抑制することができる。
【0013】
なお、このマスフローコントローラ10に設けられたバルブ部30、バイパス部40及びサーマル流量センサ部50の構成は従来のものと同一であるので説明を省略する。
【0014】
上記流量制御の実施例を、図3に基づき説明する。
この制御回路では、検知された流量を流量センサ部で電気信号に変換し、増幅器で信号レベルを調整し、流量センサ部の時定数を調整する。そして、その流量の電気信号を比較器(コンパレータ)で設定信号と比較して、設定値と流量の電気信号が一致するようにバルブ部の開度を調整し流量制御を行う。
【0015】
一方で、一次側圧力をバルブ部上流の圧力センサで電気信号に変換し、増幅器で信号レベルを調整する。そして、その圧力値を表す電気信号の交流成分のみを取出し、流量を表す電気信号に対して加算減算する。このような構成のマスフローコントローラにすることで、一定流量を制御しているとき一次側圧力が変動し圧力が上昇した場合は、その変動を表す圧力の交流電気信号のみが流量信号に加算され、逆に圧力が減少したときはその変動を表す圧力の交流電気信号のみが流量信号から減算されるので、一次側の圧力変動によって生じる制御の乱れに対しバルブ部に補正動作を加えることができる。また、一次側圧力が一定の状態では一次側の圧力変動を表す圧力信号の交流成分は0になるので、流量制御は流量信号のみと設定信号を比較して行われる。
【0016】
図4に示す制御回路を用いて、本発明の効果の検証を行った。
この制御回路には、切換えスイッチが設けられており、切換えスイッチをA−Cに接続すると、流量信号と設定信号を比較した流量制御が行われ、切換えスイッチをB−Cに接続すると、圧力信号をバルブ部の制御に加えた流量制御が行われる。
この制御回路を用いて、流量を一定にする制御を行い、同じ一次側の圧力変動が生じた時の制御の乱れによる流量出力の振幅を、流量信号と設定信号を比較して流量制御を行った場合と、圧力信号をバルブ部の制御に加えて流量制御を行った場合とを測定した。
それぞれの結果を、図6、図7に示す。
【0017】
これらの結果によると、流量信号と設定信号を比較して流量制御を行った場合の振幅が、圧力信号をバルブ部の制御に加えて流量制御を行った場合の1.76倍の振幅になることが確認された。
このことから、図1に示すような流量センサ部50及びバイパス部40の上流側に流量を制御するバルブ部30を設け、さらにそのバルブ部30の上流側に圧力センサ110を設けた構成のマスフローコントローラ10は、一定流量を制御していて一次側の圧力変動が起こった場合、一次側の圧力変動の影響を受けにくいことが確認された。
【0018】
なお、図3における流量制御において、圧力信号の交流成分を取出す時に微分を行えば、一次側の圧力変動を予想してバルブ部の流量制御に補正動作を加えることも可能になる。また、圧力信号の交流成分の周波数を選択的に取出せば、特定の周期の一次側の圧力変動にのみ強いマスフローコントローラにすることも可能である。
【0019】
上記実施例では、圧力信号の交流成分のみを取出し流量信号に加算減算することについて述べたが、用途に応じては、圧力信号の交流成分と直流成分を平行して取出し、バルブ部の制御に補正動作を加えることも可能である。
この場合のマスフローコントローラは、圧力信号の直流成分も流量信号に加算減算されるので、一次側圧力が一定であっても、例えば、一次側圧力が100KPaゲージ圧で使用されると、その圧力値に応じた直流電気信号が流量信号に加算され、「圧力信号値+流量信号値」と設定値が等しくなるようにバルブ部の開度が調整される。従ってこの場合の圧力信号値は「設定値−流量信号値」になる。
【0020】
また、図5に示すように、外部から確認可能な位置に一次側圧力値を表示する圧力表示器(表示手段)を具えたり、一次側圧力値を圧力信号として出力する手段を設けることで、マスフローコントローラに適切な一次側圧力でガスが供給されているか否か目視で確認できたり、圧力信号を受取れるように配線することで、マスフローコントローラから離れたところでも、マスフローコントローラに供給されている一次側圧力を確認することができるようにすることができる。
【0021】
上記のように、流量センサ部及びバイパス部の上流にバルブ部を設け、バルブ部の上流に圧力センサを設けて一次側の圧力変動に強いマスフローコントローラを構成した場合、流量センサ部及びバイパス部の圧力はマスフローコントローラの二次側圧力と連続的につながる。このような構成のマスフローコントローラで二次側圧力が変動すると、その変化が流量センサ部及びバイパス部に流れるガスに伝播して、マスフローコントローラの流量出力が乱れる。また、二次側圧力が大気圧から減圧し、500(Torr)以下へ低下するにつれて流量センサ部とバイパス部の分流比が変わっていくので、二次側が大気圧の時と減圧の時ではマスフローコントローラの制御流量値と実際の流量値に誤差が生じる。
【0022】
このような二次側圧力の影響を低減するために、図2に示すように、このマスフローコントローラ10に、バイパス部40と流量センサ部50の下流側に、オリフィス60を設けることが好ましい。符号70はシールである。
このオリフィス60の孔径は、臨界膨張条件、すなわち、オリフィス60を流過するガスの、オリフィス上流側の絶対圧力P1とオリフィス下流側の絶対圧力P2の比(P2/P1)が、約1/2より小さくなり、オリフィス60を通過するガスの流速が音速と等しくなるような条件を満たすように設定されている。
【0023】
上記条件を満たしている場合、オリフィス下流側の圧力変動が上流側に伝播されなくなることが知られている。
このようなオリフィス60を具えたマスフローコントローラ10によると、二次側圧力の変動がバイパス部40、流量センサ部50に伝播されないために、マスフローコントローラ10によって出力されるガスの流量にふらつきが生じない。
【0024】
また、このようなマスフローコントローラ10では、オリフィス60の圧力損失分だけ、バイパス部40、流量センサ部50の圧力が二次側圧力より上昇するので、二次側圧力が低下した際の流量誤差を低減させることができる。
【0025】
図2に示す本発明のマスフローコントローラ10を用いて、二次側圧力を大気圧から1(Torr)以下に減圧させた場合の制御流量値の誤差を測定し、その結果を図8に示す。
なお、比較のため、図1に示すバイパス部と流量センサ部の下流にノズル又はオリフィスを設けなかった場合についても同様の実験を行い、その結果を図8に併せて示した。
図8に示すとおり、本発明のマスフローコントローラ10によると、二次側圧力を減圧させ、大気圧から1(Torr)以下にした場合の誤差は、0.2%程度であった。
一方、バイパス部と流量センサ部の下流にノズル又はオリフィスを設けなかった場合で同様の実験をした結果、誤差は6%に達した。
【0026】
次に、二次側圧力の変動が、本発明のマスフローコントローラ10の出力流量に与える影響について測定した。
図9は、上記測定をするための構成を示し、本発明のマスフローコントローラ10と補助マスフローコントローラMとを並列に連結し、補助マスフローコントローラMに流すガスの流量を変化させることによって、二次側圧力P2を変動させるようにし、このときの本発明のマスフローコントローラ10による出力流量をオシロスコープO1で観測するようにしたものである。
なお、図中のO2で示すオシロスコープは、補助マスフローコントローラMの出力を観測するためのものである。
【0027】
この構成において、補助マスフローコントローラMの流量を0%から100%に変化させると、二次側圧力P2は20(Torr)から100(Torr)へ上昇し、補助マスフローコントローラMの流量を100%から0%に変化させると、二次側圧力P2は100(Torr)から20(Torr)へ下降する。
この測定に使用した本発明のマスフローコントローラ10のオリフィスは、窒素(N2)を50(SCCM)流過させたとき、オリフィス一次側圧力が絶対圧力で760(Torr)となるような孔径を持つものである。
なお、この構成では、ニードルバルブVは、補助マスフローコントローラMの流量を100%から0%に変化させたときに生じる二次側圧力P2の変動幅を調整するために設けたもので、P2変動の影響のデータを取り易くするためのものである。
【0028】
図10は、図9に示す構成において、二次側圧力P2を20(Torr)から100(Torr)まで変動させて、本発明のマスフローコントローラ10の出力流量を測定した結果を示す。
また、図11は、図9に示す構成において、二次側圧力P2を100(Torr)から20(Torr)まで変動させて、本発明のマスフローコントローラ10の出力流量を測定した結果を示す。
なお、比較のため、バイパス部及び流量センサ部の下流にノズル又はオリフィスを設けずに上記と同様の構成で、二次側圧力P2を20(Torr)から100(Torr)まで上昇させ、また、100(Torr)から20(Torr)まで減圧させた場合の測定結果を図13、及び図14に示す。
【0029】
図10、及び図11に示すように、本発明のマスフローコントローラ10によると、二次側圧力P2が変動している間も、ガスの出力流量に変動がない。
一方、図1のバイパス部及び流量センサ部の下流にノズル又はオリフィスを設けない場合は、図13、及び図14に示すように、二次側圧力P2が変動すると、ガスの出力流量も変動してしまうことが分かる。
【0030】
本発明のマスフローコントローラ10において、オリフィス60の替わりにノズル(図示せず。)を設けてもよい。
この場合も、臨界膨張条件、すなわち、ノズルを流過するガスの、ノズル上流側の絶対圧力とノズル下流側の絶対圧力の比が、約1/2より小さくなって、ノズルを通る気体の流速が音速となる条件を充たす孔径を有するノズルが使用される。
【0031】
前記オリフィス又はノズルの孔径は、マスフローコントローラのフルスケール流量から最小制限流量の間の流量で、マスフローコントローラの使用圧力条件において前記臨界膨張条件を充たすものを使用目的に応じて選定することになる。その際、異なる孔径のオリフィス又はノズルを予め用意しておいて、交換できるようにしておいてもよいが、オリフィス又はノズルの孔径が外部から変更できるようにしておくと便利である。
【0032】
図15は、オリフィス又はノズルの孔径を外部から変更できるようにした調整機構80を有する実施形態の一例で、継手部分を配管に接続したまま、外部からハンドル82を回転させることにより、オリフィス90(図15(b)で一点鎖線の円で囲まれた部分)を任意のオリフィス孔径に調整可能にしたものである。図15(a)において、ハンドル82とステム84はねじ86で固定されている。また、同図に示すように、ボンネット88がパッキン89のシール効果を発揮する程度の荷重で、ボディー85とステム84に押し付けるようにボディー85の中にナット87で固定されている。ボンネット88には雌ねじが切ってあり、ステム84には雄ねじが切ってある。ハンドル82を回転させると、ねじの作用により、ハンドル82とステム84が上下する。ステム84が上下するとステム84先端のテーパーとオリフィスベース92によって構成されるオリフィス90の流路孔径が調整される。調整した後は、止めねじ83をステム84に締め込むことによってステム84が固定され、オリフィス孔径が固定されることになる。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧力センサの検出値に応じて、バルブ部に補正動作を加えることにより、一次側の圧力変動による流量制御の乱れを抑制することができるという効果を奏する。
【0034】
また、請求項3のように、バイパス部と流量センサ部の下流側に、マスフローコントローラの使用条件に応じて、流速が音速となる臨界膨張条件を満たすオリフィス又はノズルを設けることで、オリフィス又はノズルの下流側(二側)の圧力変動の上流側への伝播を防ぐことができる。
そのため、二次側の圧力が変動しても、安定した流量制御を行なうことができるという効果を奏する。
また、二次側の圧力の変動中であっても、マスフローコントローラの出力流量は変動しない。
さらに、二次側の圧力が大気圧以下、特に、1(Torr)以下になっても、出力流量の誤差が少ないという効果を奏する。
【0035】
また、請求項4のように、オリフィス又はノズルの孔径が外部から変更可能であるようにしておくと、一々、オリフィス又はノズルを交換する必要なく、使用条件に応じて、オリフィス又はノズルの孔径を変更できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマスフローコントローラの一部を断面で示す正面図。
【図2】本発明のマスフローコントローラの一部を断面で示す正面図。
【図3】本発明のマスフローコントローラの流量制御回路のブロック図。
【図4】本発明の効果を検証するための流量制御回路のブロック図。
【図5】本発明のマスフローコントローラの流量制御回路のブロック図。
【図6】図4に示す構成において、本発明のマスフローコントローラの出力流量を測定した結果を示す図。
【図7】図4に示す構成において、従来のマスフローコントローラの出力流量を測定した結果を示す図。
【図8】本発明のマスフローコントローラを用いて、二次側圧力を大気圧から1(Torr)以下まで減圧させた場合の出力流量の誤差を測定した結果を示す図。
【図9】二次側圧力の変動が本発明のマスフローコントローラの出力流量に与える影響について測定するための構成図。
【図10】図9に示す構成において、二次側圧力を20(Torr)から100(Torr)まで変動させた状態における、本発明のマスフローコントローラの出力流量を測定した結果を示す図。
【図11】図9に示す構成において、二次側圧力を100(Torr)から20(Torr)まで変動させた状態における、本発明のマスフローコントローラの出力流量を測定した結果を示す図。
【図12】従来のマスフローコントローラの一部を断面で示す正面図。
【図13】図9に示す構成において、二次側圧力を20(Torr)から100(Torr)まで変動させた状態における、従来のマスフローコントローラの出力流量を測定した結果を示す図。
【図14】図9に示す構成において、二次側圧力を100(Torr)から20(Torr)まで変動させた状態における、従来のマスフローコントローラの出力流量を測定した結果を示す図。
【図15】オリフィス又はノズルの孔径を外部から変更できるようにした実施形態の断面図で、図15(a)は要部断面図、15(b)は図15(a)で一点鎖線の円で囲まれた部分の拡大断面図。
【符号の説明】
10:マスフローコントローラ
20:ベース
30:バルブ部
40:バイパス部
50:流量センサ部
60,90:オリフィス
110:圧力センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a mass flow controller used in a semiconductor manufacturing process or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a front view showing a part of a conventional typical
[0003]
The
The
The
The
[0004]
The gas whose flow rate is controlled in such a
Therefore, by detecting the mass flow rate of the gas flowing through the thermal flow
The detection result of the thermal
[0005]
The thermal
In the thermal
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-322129 A
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional mass flow controller, the valve section is on the secondary side of the flow sensor section, and the pressures of the flow sensor section and the bypass section are continuously connected to the primary pressure. Therefore, even if the primary pressure changes due to some external factor, and the change in the pressure propagates to the pressure of the flow sensor unit and the bypass unit, and the gas flow flowing through the flow sensor unit is disturbed, the flow rate of the valve unit is changed. There is a problem that it cannot be controlled because it is downstream of the sensor section and the bypass section.
[0008]
For example, if a constant flow rate is controlled and the primary side pressure increases due to an external factor, the gas flow rate flowing to the flow rate sensor section increases accordingly, and the output signal of the flow rate sensor section increases upon detection of this. . The valve section receives the output signal of the flow rate sensor section that has increased sharply due to the primary-side pressure fluctuation, and operates to reduce the gas flow rate in order to maintain a constant flow rate. However, since the gas fluid is compressible, the gas continues to flow away from the control of the valve unit until the pressure state of the flow sensor unit and the bypass unit changed by the increase in the primary pressure becomes equilibrium. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a valve section on the upstream side of the flow sensor section and the bypass section,
Further, a pressure sensor is provided on the upstream side of the valve section,
The mass flow controller according to
[0010]
[Action]
According to the present invention, it is possible to suppress the disturbance of the flow rate control due to the pressure fluctuation on the primary side by adding a correction operation to the flow rate control of the valve section according to the detection value of the pressure sensor.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a front view showing a part of a
The
The
[0012]
The gas whose flow rate is controlled is supplied from the primary side via the
The
By such flow control, disturbance in flow control due to pressure fluctuation on the primary side can be suppressed.
[0013]
The configurations of the
[0014]
An embodiment of the flow rate control will be described with reference to FIG.
In this control circuit, the detected flow rate is converted into an electric signal by the flow rate sensor unit, the signal level is adjusted by the amplifier, and the time constant of the flow rate sensor unit is adjusted. Then, the electric signal of the flow rate is compared with a set signal by a comparator, and the opening degree of the valve section is adjusted so that the set value and the electric signal of the flow rate are matched to control the flow rate.
[0015]
On the other hand, the primary pressure is converted into an electric signal by a pressure sensor upstream of the valve section, and the signal level is adjusted by an amplifier. Then, only the AC component of the electric signal representing the pressure value is taken out and added to and subtracted from the electric signal representing the flow rate. With the mass flow controller having such a configuration, when the primary side pressure fluctuates and the pressure rises while controlling a constant flow rate, only the AC electric signal of the pressure indicating the fluctuation is added to the flow rate signal, Conversely, when the pressure decreases, only the AC electric signal of the pressure representing the fluctuation is subtracted from the flow rate signal, so that a correction operation can be added to the valve section for the control disturbance caused by the primary-side pressure fluctuation. In addition, when the primary pressure is constant, the AC component of the pressure signal representing the primary pressure fluctuation becomes zero, so that the flow control is performed by comparing only the flow signal with the setting signal.
[0016]
The effect of the present invention was verified using the control circuit shown in FIG.
The control circuit is provided with a changeover switch. When the changeover switch is connected to AC, flow control is performed by comparing the flow signal with the setting signal. When the changeover switch is connected to BC, the pressure signal is changed. Is added to the control of the valve section.
Using this control circuit, control is performed to make the flow rate constant, and the flow rate control is performed by comparing the amplitude of the flow rate output due to control disturbance when the same primary-side pressure fluctuation occurs, by comparing the flow rate signal with the setting signal. And the case where the flow rate control was performed by adding the pressure signal to the control of the valve section was measured.
The respective results are shown in FIGS.
[0017]
According to these results, the amplitude when the flow rate control is performed by comparing the flow rate signal and the setting signal is 1.76 times the amplitude when the flow rate control is performed by adding the pressure signal to the control of the valve unit. It was confirmed that.
For this reason, a mass flow having a configuration in which the
[0018]
In the flow control shown in FIG. 3, if a differentiation is performed when extracting the AC component of the pressure signal, it is possible to anticipate the primary-side pressure fluctuation and add a correction operation to the flow control of the valve section. Further, by selectively extracting the frequency of the AC component of the pressure signal, it is possible to use a mass flow controller that is only resistant to pressure fluctuation on the primary side in a specific cycle.
[0019]
In the above embodiment, only the AC component of the pressure signal is taken out and added to and subtracted from the flow signal. However, depending on the application, the AC component and the DC component of the pressure signal are taken out in parallel to control the valve section. It is also possible to add a correction operation.
In this case, the DC component of the pressure signal is also added to and subtracted from the flow signal. Therefore, even if the primary pressure is constant, for example, if the primary pressure is used at 100 KPa gauge pressure, the pressure value becomes Is added to the flow signal, and the opening of the valve section is adjusted so that the set value is equal to “pressure signal value + flow signal value”. Therefore, the pressure signal value in this case is “set value−flow signal value”.
[0020]
Further, as shown in FIG. 5, a pressure indicator (display means) for displaying the primary pressure value at a position which can be confirmed from the outside, or a means for outputting the primary pressure value as a pressure signal is provided. It is possible to visually check whether gas is supplied at an appropriate primary pressure to the mass flow controller, and by wiring so as to receive the pressure signal, the gas is supplied to the mass flow controller even at a distance from the mass flow controller The primary pressure can be checked.
[0021]
As described above, when a valve section is provided upstream of the flow sensor section and the bypass section, and a pressure sensor is provided upstream of the valve section to constitute a mass flow controller resistant to pressure fluctuation on the primary side, the flow sensor section and the bypass section are The pressure is continuously connected to the secondary pressure of the mass flow controller. When the secondary pressure fluctuates in the mass flow controller having such a configuration, the change is propagated to the gas flowing through the flow sensor and the bypass, and the flow output of the mass flow controller is disturbed. Further, as the secondary pressure decreases from atmospheric pressure to 500 (Torr) or less, the flow dividing ratio between the flow sensor unit and the bypass unit changes. An error occurs between the control flow rate value of the controller and the actual flow rate value.
[0022]
In order to reduce the influence of such secondary pressure, it is preferable to provide an
The diameter of the
[0023]
It is known that when the above condition is satisfied, the pressure fluctuation downstream of the orifice is not propagated upstream.
According to the
[0024]
Further, in such a
[0025]
Using the
For comparison, a similar experiment was performed for a case where a nozzle or an orifice was not provided downstream of the bypass section and the flow rate sensor section shown in FIG. 1, and the results are also shown in FIG.
As shown in FIG. 8, according to the
On the other hand, as a result of performing the same experiment in the case where the nozzle or the orifice was not provided downstream of the bypass part and the flow sensor part, the error reached 6%.
[0026]
Next, the influence of the fluctuation of the secondary pressure on the output flow rate of the
FIG. 9 shows a configuration for performing the above-described measurement, in which the
The oscilloscope indicated by O2 in the figure is for observing the output of the auxiliary mass flow controller M.
[0027]
In this configuration, when the flow rate of the auxiliary mass flow controller M is changed from 0% to 100%, the secondary pressure P2 increases from 20 (Torr) to 100 (Torr), and the flow rate of the auxiliary mass flow controller M increases from 100%. When it is changed to 0%, the secondary pressure P2 falls from 100 (Torr) to 20 (Torr).
The orifice of the
In this configuration, the needle valve V is provided to adjust the fluctuation range of the secondary pressure P2 generated when the flow rate of the auxiliary mass flow controller M is changed from 100% to 0%. The purpose of this is to make it easier to obtain the data of the influence of.
[0028]
FIG. 10 shows the result of measuring the output flow rate of the
FIG. 11 shows the result of measuring the output flow rate of the
For comparison, the secondary pressure P2 is increased from 20 (Torr) to 100 (Torr) with the same configuration as above without providing a nozzle or an orifice downstream of the bypass unit and the flow sensor unit. FIGS. 13 and 14 show the measurement results when the pressure is reduced from 100 (Torr) to 20 (Torr).
[0029]
As shown in FIGS. 10 and 11, according to the
On the other hand, when no nozzle or orifice is provided downstream of the bypass unit and the flow sensor unit in FIG. 1, as shown in FIGS. 13 and 14, when the secondary pressure P2 fluctuates, the gas output flow also fluctuates. You can see that
[0030]
In the
Also in this case, the critical expansion condition, that is, the ratio of the absolute pressure on the upstream side of the nozzle to the absolute pressure on the downstream side of the nozzle of the gas flowing through the nozzle is smaller than about 1/2, and the flow velocity of the gas through the nozzle is reduced. A nozzle having a hole diameter that satisfies the condition that becomes a sound speed is used.
[0031]
The hole diameter of the orifice or nozzle is a flow rate between the full-scale flow rate and the minimum flow rate of the mass flow controller, and the one that satisfies the critical expansion condition under the working pressure condition of the mass flow controller is selected according to the purpose of use. At this time, an orifice or nozzle having a different hole diameter may be prepared in advance so that it can be replaced. However, it is convenient if the hole diameter of the orifice or nozzle can be changed from the outside.
[0032]
FIG. 15 shows an example of an embodiment having an adjusting
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the disturbance of the flow rate control due to the pressure fluctuation on the primary side by adding the correction operation to the valve unit according to the detection value of the pressure sensor. .
[0034]
Further, according to the third aspect, an orifice or a nozzle that satisfies a critical expansion condition where a flow velocity becomes a sonic velocity is provided downstream of the bypass unit and the flow rate sensor unit according to a use condition of the mass flow controller. Of the pressure fluctuations on the downstream side (two sides) can be prevented.
For this reason, even if the pressure on the secondary side fluctuates, there is an effect that stable flow control can be performed.
The output flow rate of the mass flow controller does not fluctuate even when the pressure on the secondary side is fluctuating.
Further, even when the pressure on the secondary side becomes equal to or lower than the atmospheric pressure, particularly, equal to or lower than 1 (Torr), there is an effect that an error in the output flow rate is small.
[0035]
Further, when the hole diameter of the orifice or the nozzle is configured to be changeable from the outside as in claim 4, it is not necessary to replace the orifice or the nozzle each time, and the hole diameter of the orifice or the nozzle is changed according to the use condition. There is an effect that can be changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a cross section of a part of a mass flow controller of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a part of the mass flow controller of the present invention in cross section.
FIG. 3 is a block diagram of a flow control circuit of the mass flow controller of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a flow control circuit for verifying the effect of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a flow control circuit of the mass flow controller of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a result of measuring an output flow rate of the mass flow controller of the present invention in the configuration shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a diagram showing a result of measuring an output flow rate of a conventional mass flow controller in the configuration shown in FIG.
FIG. 8 is a view showing a result of measuring an output flow error when the secondary pressure is reduced from atmospheric pressure to 1 (Torr) or less using the mass flow controller of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram for measuring the influence of a change in the secondary pressure on the output flow rate of the mass flow controller of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a result of measuring an output flow rate of the mass flow controller of the present invention in a state where the secondary pressure is changed from 20 (Torr) to 100 (Torr) in the configuration shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram showing a result of measuring an output flow rate of the mass flow controller of the present invention in a state where the secondary pressure is changed from 100 (Torr) to 20 (Torr) in the configuration shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a front view showing a cross section of a part of a conventional mass flow controller.
FIG. 13 is a view showing a result of measuring an output flow rate of a conventional mass flow controller in a state where the secondary pressure is changed from 20 (Torr) to 100 (Torr) in the configuration shown in FIG. 9;
FIG. 14 is a view showing a result of measuring an output flow rate of a conventional mass flow controller in a state where the secondary pressure is changed from 100 (Torr) to 20 (Torr) in the configuration shown in FIG. 9;
15A and 15B are cross-sectional views of an embodiment in which the hole diameter of an orifice or a nozzle can be changed from the outside. FIG. 15A is a cross-sectional view of a main part, and FIG. The enlarged sectional view of the part enclosed by.
[Explanation of symbols]
10: Mass flow controller 20: Base 30: Valve section 40: Bypass section 50: Flow
Claims (6)
さらに前記バルブ部の上流側に圧力センサが設けられ、
前記圧力センサで検知された一次側圧力に基づいて前記バルブ部の流量制御に補正動作を加えることにより、一次側圧力の変動による流量制御の乱れを抑制することを特徴とする、
マスフローコントローラ。Has a valve section on the upstream side of the flow sensor section and the bypass section,
Further, a pressure sensor is provided on the upstream side of the valve section,
By adding a correction operation to the flow control of the valve unit based on the primary pressure detected by the pressure sensor, to suppress disturbance of the flow control due to fluctuations in the primary pressure,
Mass flow controller.
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